Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
|
2.1.11. Термохимия. Гесс заңы Термохимия — химиялық реакциялар мен фазалық тҥрлендірулерді қосатын термиялық әсерлерді зерттейтін термодинамиканың бӛлімі. Жылу әсерлері - химиялық реакция немесе фазалық трансформация нәтижесінде жҥйе шығаратын немесе жҥйе сіңіретін жылу. Осы жерде келесі шарттарды сақтау қажет: процесс термодинамикалық тҥрде қайтарылмайтындай жҥреді; кӛлемі немесе қысымы тҧрақты; тҧрақты қысым кезінде кеңейту жҧмыстарынан басқа ешқандай жҧмыс жасалмайды; реакция ӛнімдерінің температурасы бастапқы материалдардың температурасына тең. Гесс заңы (1840) термохимияның негізгі заңы болып табылады: трансформацияның жылу әсері тек жҥйенің бастапқы және соңғы кҥйлеріне байланысты және оның аралық жағдайлары мен ӛтпелі жолдарына байланысты емес. Петербургтегі Тау-кен институтының профессоры Г.И. Гесс термохимияның бірінші заңына дейін термохимияның негізгі заңын бекітті, бірақ термохимияның негізгі заңы термодинамиканың бірінші заңының салдары болып табылады. (2.1.7-бӛлімде кӛрсетілгендей, Q V = U, Q p = H тең, яғни жылу әсері жай кҥй 42 функциясының қасиеттеріне ие болады, демек, ол процесс жолына байланысты емес.) Термохимияда химиялық реакция теңдеуін жазу кезінде заттардың агрегаттық кҥйі (егер кҥтпеген жағдай болса)мен реакцияның жылу әсерін кӛрсету керек.Қатты заттар ҥшін модификация кӛрсетілуі керек. Гесс заңы егер жылу әсерлері бірдей жағдайларда болса алгебралық сияқты термохимиялық теңдеулермен жҧмыс жасауға, яғни тҧтас немесе бӛлшек сандарды қосу, азайту, кӛбейту және бӛлуге мҥмкіндік береді.Гесс заңы эксперимент ретінде ӛлшенуі мҥмкін емес реакциялардың жылу әсерлерін анықтауға мҥмкіндік береді. Мысалы, Гесс заңын қолдана отырып, H r реакциясының, кӛміртегі мен оттегіден алынған кӛміртегі монооксидін жылу әсерін есептеуге болады. С (графит) + 1 / г О2(г.) = СО(г.) ол таза тҥрде жҥзеге асырыла алмайды, ӛйткені кӛміртегі диоксиді белгілі бір мӛлшерде әрдайым ӛндіріледі.Біз бҧл процессті реакциялардың тіркесімі ретінде ҧсынамыз. С (графит) + О2(г.) = СО2(г.), H 1 , СО(г.) + ⁄ О 2 (г.) = СО2(г.), H r 2. Осы реакциялардың жылу әсерлерін тәжірибе тҥрінде ӛлшеуге болады. Біз мҥдделі болып отырған реакция нәтижесінде алынған энтальпия ӛзгерісі H r = H r x - H r2 тең. Термодинамикалық белгілер туралы халықаралық келісімге сәйкес, егер реакция кезінде жҥйеден қоршаған ортаға жылу бӛлінетін болса(экзотермиялық процесс), жылу әсеріне азайту (–) белгісін (жҥйеден) береді және керісінше егер реакция жылу сіңіру арқылы жҥрсе (эндотермиялық процесс), онда жылу әсеріне қосу белгісі (K жҥйе) беріледі. Жоғарыда айтылғандай, тҧрақты қысымда (реакция ашық тҥтік ыдыста) болғанда Qp жылу әсері энтальпияның AHr ӛзгеруіне тең және тҧрақты кӛлем ҥшін (автоклавтағы реакция) жылулық әсер Q V негізінен ішкі энергияның ӛзгеруін білдіреді. (Q p - QV) арасындағы айырмашылық жҥйенің немесе жҥйедегі реакцияның аяқталғаннан кейінгі жҧмысына тең, егер ол сыртқы қысымға қарсы бір ғана жҧмыс істесе: Q p - Q V = H r - Ur = p Vr, мҧндағы A Vr = (^ род - Р„ сх ) - ӛнімнің кӛлемі мен реакцияға келетін бастапқы заттар арасындағы айырмашылық. Бҧл жерде келесі жағдайлар болуы мҥмкін: 1) егер V r > 0,онда Q p > Q V , H r > U r ; 43 — 2) егер V r < 0,онда Q p < Q V , H r < U r ; 3) егер V r = 0,онда Q p =Q V , H r = U r . Конденсацияланған фазалардың реакциялары ҥшін кӛлем ӛзгерісі іс жҥзінде нӛлге тең ( V r = 0), сондықтан Q p ~ Q V , H r ~ U r . Клапейрон-Менделеев теңдеуіне сәйкес идеалды газ қоспасы ҥшін мынау бар AV r = vRT, бҧл жердегі v = стехиометриялық теңдеуіне сәйкес келетін реакция нәтижесінде пайда болатын заттардың (v,, Vj молекулаларының саны, олар сәйкесінше химиялық реакция теңдеуінде бастапқы заттар мен ӛнімдердің стехиометриялық коэффициенттері болып табылады). Содан кейін H r = U r + vRT, Q p = Q V + vRT. Бҧл қатынастар қысым жоғары болмаған кезде нақты газ қоспалары ҥшін де шынайы болады. Мысалы, СН 4 (г.) + + С0 2 (г.) = 2СО(г.) + 2Н 2 (г.) реакциясы ҥшін бізде v = (2 + 2) - (1 + 1) = 2, H r = = U r + 2RT, Q p = Q V + 2RT.бар. Егер реакцияда газ тәріздес заттармен қатар қатты немесе сҧйық кҥйдегі заттар да болса, онда Av есептеу кезінде тек газ тәріздес заттар ҥшн моль санын ӛзгерту керек, ӛйткені кеңейту-қысу механикалық жҧмысы тек олардың кӛлемін ӛзгерту арқылы ғана жҥзеге асуы мҥмкін. Мысалы, №Л 3 (г.) + НС1(г.) = №Л 4 С1(тв.) реакция ҥшін бізде v = 0 - (1 + 1) = -2; реакция ҥшін С0 2 (г.) + 4Н 2 (г.) = сН 4 (г.) + 2Н 2 0(ж.) бізде v = 1 - - (1 + 4) = -4 бар. Фазалық тҥрлену жағдайында кӛлемнің айтарлықтай ӛзгеруі мҥмкін, сондықтан Qp және Q V әртҥрлі болуы мҥмкін. Осылайша, 1 мольдік судың булануы кезінде Н 2 0(ж.) ^ H 2 O(n.) (РЖ ― 18 см 3 /моль, V n ~ ~ 30000 см 3 /моль), бізде Н пар - и пар = Q p - Q V = p V^ = vRT, v = 1 - 0 = 1бар, сондықтан Q p - Q V = RT және оны есептеу ҥшін сҧйықтықтың және бу фазасының кӛлемін білу қажет емес. Тек қана конденсацияланған фазалар қатысатын балқу процесі ҥшін бізде Q p = QV, Н балқу = U балқу бар. Процесс жылуы мен жҧмыс арасындағы байланысты талдаудан алынған барлық қорытындылар, егер жҧмыс сыртқы қысым кҥштеріне қарсы (механикалық жҧмыс) бір жҧмыс тҥрі болған жағдайда жарамды. Егер, реакция мысалы, электрохимиялық тізбекте орын алса, ол пайдалы жҧмысымен және Q p = H r + W эл сипатталады, мҧндағы W эл —электрохимиялық тізбектің пайдалы жҧмысы болып табылады. жүктеу/скачать 9,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|